Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов Дислокации и дисклинации создают дальнодействующие поля на- пряжений, концентрирующиеся вблизи границ зерен и тройных стыков, и являются причиной избыточной энергии границ зерен. Например, для субмикрокристаллической меди со средним размером зерен около 200 нм избыточная энергия межзеренных границ достигает 0.5 Дж · м –2 . Было отмечено различие микроструктур Ni и Сu, полученных одина- ковой по значению интенсивной пластической деформацией: в суб- микрокристаллическом никеле размер большинства зерен был около 100 нм, тогда как в субмикрокристаллической меди размер зерен был от 5 до 100 нм и зерна меди содержали больше дефектов (дислокаций, двойников), чем зерна субмикрокристаллического никеля. Это озна- чает, что в субмикрокристаллическом Ni перераспределение дислока- ций в энергетически более выгодные конфигурации (например, в ряды дислокаций) происходит уже в процессе интенсивной пластической де- формации, тогда как в субмикрокристаллической меди такое перерас- пределение даже не начинается. Данные результаты показывают, что микроструктура любого материала, полученного интенсивной пласти- ческой деформацией, должна сильно различаться на разных стадиях де- формации; кроме того, она весьма существенно зависит от вида дефор- мации (давление, сдвиг или кручение) и ее параметров (температура, деформация, скорость и продолжительность приложения деформации) . Кручение под квазигидростатическим дав лением (кру- чение под давлением, КД, КГД) (англ. torsion under quasi-hydrostatic pressure ) — метод интенсивной пластической деформации, осущест- вляемый путем одновременного сжатия тонкого образца между дву- мя бойками и его кручения в результате поворота одного из бойков на определенный угол. Основная деформация при методе КД осуществляется за счет кру- чения образца. Прилагаемое соосно давление, достигающее обычно несколько гигапаскалей, играет двоякую роль. Во-первых, оно созда- ет в центральной части образца область квазигидростатического сжа- тия, препятствующего разрушению образца. Во-вторых, оно увеличи- вает силу трения между бойками и образцом. Благодаря большой силе трения, крутящий момент от подвижного бойка передается образцу, и он деформируется кручением. Метод кручения под высоким давлением (рис. 2.5) основан на принципе наковален Бриджмена, в которых образец помещается 123 2.7. интенсивная пластическая деформация между бойками и сжимается под прило- женным давлением в несколько гигапа- скалей, а затем прилагается деформа- ция с большими степенями (10 и более). Нижний боек вращается, и силы поверх- ностного трения заставляют образец де- формироваться сдвигом. Размер образ- цов до деформации обычно не превышает 20 мм в диаметре и 1 мм по высоте. По- сле деформации высота образцов умень- шается до 0.2 мм. Существенное измель- чение структуры наблюдается уже после деформации на полоборота, но для созда- ния однородной наноструктуры требует- ся, как правило, деформация в несколь- ко оборотов. При использовании КД средний раз- мер зерен может уменьшиться до 100 нм, он определяется условиями деформации: давлением, температурой, скоростью де- формации и видом обрабатываемого ма- териала. В случае кручения под высоким давле- нием в образцах, имеющих форму дисков с радиусом R и толщиной l, создается де- формация сдвига. Геометрическая форма образцов такова, что основной объем материала деформируется в условиях квазигидростатического сжатия, и поэтому образец не разрушается, несмотря на большую сте- пень деформации. Истинную логарифмическую степень деформации e , достигаемую кручением под давлением, рассчитывают по формуле e = ln (θ R/l), где θ — угол вращения в радианах. Результаты многих исследований показывают, что после нескольких оборотов структура образца из- мельчается как на его периферии, так и в центральной части и в це- лом структура оказывается однородной по всему объему образца. 1 2 3 Рис. 2.5. Схема метода кру- чения под высоким квазиги- дростатическим давлением: 1 — пуансон, 2 — образец, 3 — суппорт |